​​能夠制造與使用工具是人類區别于其他動物的主要區别之一。但對于很多人而言，在使用工具的過程中，是從來不會考慮其原理的。因為在我們眼中，工具就是工具，原理隻是原理，與生活沒有半毛錢關系。​

​包括我自己在内，很多熱愛硬件的用戶在潛意識當中，或許熟知與生活息息相關的顯卡等硬件是什麼，但如果說到其GPU詳細的工作原理，恐怕大家都一樣，知其然而不知其所以然。​

​其實顯卡的工作不是與生活一毛錢聯系都沒有，如果站在上帝視角，你會發現，GPU這群晶體管的工作方式，竟然和生活中的居家裝修如此相似。

我們都知道，随着GPU概念被提出，GPU使顯卡減少了對CPU的依賴，承擔起了越來越多對于圖像渲染的工作。其中擔任主力的便是光栅化過程（暫不提光線追蹤）。而大緻的工作流程便是：幾何處理、像素及材質處理以及最後的混合輸出。​

反觀居家裝修呢？首先是整體設計方案的規劃設計以及管道走線等房屋結構的規劃。接下來是牆面和地面的清理找平，之後是鋪設地磚和牆紙，再來就是根據用戶的需要粉刷顔色，同時對細節進行必要的處理，在結束這個步驟之後，裝修基本上就算是完成了。

主體拆改——曲面細分

在圖形處理當中，setup單元負責将頂點連接完成節結構的模型構築，再由程序對更高的幾何外形要求進行多邊形改造。​

​Tessellation單元就會根據需求重新生成新的頂點，并與Domain Shader一起将新的頂點放置到合适的位置上，以完成對舊有多邊形的“碎裂”過程。使得整個外觀看起來更加細膩多樣。​

​而在居家裝修當中，不管你想要在客廳安裝圓形的拱門還是打造優美的吊頂，裝修師傅都會根據客戶的要求，在原有外形的基礎上，進行更好的幾何調整。如果仔細回想，負責房屋内部結構以及特出造型改裝的師傅做的不正是Fixed-Function Tessellator的基礎工作嘛。

鋪磚刮膩——紋理定址和抓取

幾何架構完成後，下一步工作便應該開始紋理貼圖，這部分工作在GPU當中由TMU單元來完成，通常而言，程序員會預先烘焙好一些材質，這些材質擁有基本的色彩以及外貌特征，而TMU單元要做的事情便是從材質庫中定位并抓取合适的材質，對幾何物理表現進行基本的外貌填充，方便後續Shader單元對顔色進行正确的計算，并減少渲染過程的壓力。​

材質抓取過程

看到這，你是否想到了什麼呢？沒有錯，鋪地磚和給牆壁挂膩子。在我們的居家裝修過程中，如果牆面和地面并不平整，那麼也就談不上後來的繼續還在裝修了，這時就就需要另一名裝修師傅在牆面挂上膩子，找平牆面，對地面鋪好地磚，構建整個房間的基本外觀。​

​而如何選擇地地磚與牆面，往往需要裝修師傅親自到建材廠尋找，并将它們買回來并貼在應該在的位置，​

​這個尋找以及購買的過程中，将直接影響到後續的裝修進程，而TMU單元的效率也直接影響着後續顯卡的渲染過程。

粉刷牆壁——像素處理

在GPU中，當進行到這一步後，便需要物體表現進行上色處理，這部分往往通過US單元來實現，隻不過在程序語言當中，色素通常由三原色混合完成，而具體顔色值則通過三個不同數字表示，也就是我們熟知的RGB顔色。​

​US單元會根據程序的需求對每一個像素的RGB顔色進行計算，其中就包括光影以及色澤，最終通過這些數值來正确反映物體的顔色，其中US單元的中的ALU再完成與RGB的計算後，會把它傳輸給ROP單元和紋理進行混合。​

​這一過程與我們額外想要某種顔色的卧室牆面非常相似，五彩斑斓的黑？五顔六色的白？裝修師傅總會根據我們的要求信心滿滿的将顔色調配出。​

這裡的US單元将RGB值計算好後與問題單元混合和調漆師傅将顔料調好交給刮牆師傅一并處理有着非常高的相似度。

臨時改需求——延遲渲染

對于延遲渲染，相信很多人并不陌生，它會根據圖形的需求，将光照之類的操作從傳統的Pixel Shader前段直接轉移到整個流水線後端的MRT（多目标渲染）裡，這種延遲演變了shader的操作順序，将其延續到緊貼混合之前。​

​而相信很多人都在裝修家的過程中，都會有突然奇想的改變，比如好好的鋪地磚，突然想改地闆了，雖然對于規劃好一切的裝修師傅而言是一件很難辦的事情，但畢竟客戶就是爸爸。​

這時在整體規劃不變的前提下，更換地闆之前，為了防止刷漆導緻地闆的損壞，往往會停下工作先行修改，這樣就需要調色的師傅重新調色才能讓整個房間色調達成一緻，不得不改變過去的工作順序和狀态。​

​盡管方向和目的不同，但延遲渲染總感覺和重新鋪地闆的要求所導緻重新調色實在是有異曲同工之妙。

最終粉刷——輸出與呈現

GPU的最後一項工作，就是将渲染好的視覺效果呈現在我們的面前，這就需要将ALU計算好的像素同TMU單元拾取的材質進行混合，交由ROP單元進行混合和輸出，刷到設定好的紋理當中。​

​快速完成像素混合和輸出操作是ROP單元的任務

這也就意味着，在裝修家的時候，任重而道遠的工作永遠都是最後的粉刷師傅在做。為了避免影響到客戶家的整體外觀表現，他們往往小心翼翼。​

​其實ROP單元在GPU中的主要作用，就是将全部像素填充進紋理，并使得紋理最終獲得正确的表現效果。US單元所完成的工作雖然是對像素的計算和處理，但他并不涉及操作環節，這就好比調色師傅調好了正确顔色的漆，卻沒有把它弄到牆上一樣。油漆的顔色再正确也僅僅是油漆，如果沒有粉刷師傅的粉刷，它永遠都不可能變成房間的顔色效果。同時，通過粉刷師傅精心的粉刷以及彩繪，哪怕客戶要在上面畫彩繪也能在牆壁和牆紙上得到體現，這與ROP單元通過混合完成一些特殊特效也是一緻的。​

​當然，哪怕前面的各個單元工作效率再高，如果ROP這邊數量不夠或者性能不佳，無法快速的完成混合以及輸出動作，整個GPU的性能都會受到極大的影響。裝修這邊的話，前面幾位師傅再怎麼努力，粉刷師傅不刷完漆，我們的家居裝修也就不算完。​

​看到這，不知道你有沒有把我們今天講述的每個細節都記錄下來呢？如果你對照GPU的渲染過程，你會和我有一樣的感受：上帝創造家裝事業以及圖形處理過程這兩件事物時，是不是提前把他們設定成了一對失散多年的孿生兄弟。​​​​

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